Лидар

 

ЛИДАР, содержащий лазерный источник с широким спектром излучения , оптическую приемную систему и блок регистрации сигналов, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и помехозащищенности , в лазерном источнике установлен дополнительный резонатор, оптическая ось которого пересекается с оптической осью основного резонатора внутри активного тела лазерного источника

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК... Я2„„856279 А1 (s<)s г, 01 И 21/63

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕН1 НОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -«----

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) ЛИОТАР, содержащий лазерный источник с широким спектром излучения, оптическую приемную систему и блок регистрации сигналов, о т л ич а ю ц и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности и помехозащищенности, в лазерном источнике установлен дополнительный резонатор, оптическая ось которого пересекается с оптической осью основного резонатора внутри активного тела лазерного источника. (21) 2915402/25 (22) 11.04.80

1(46) 07.02.93. Бюл. р 5 (71) Институт оптики атмосферы Тф

СО АН СССР (72) А.П.Годлевский, А.К.Иванов и Ю.Р,.Копытин (5á) йатент CIA Г 3788742, кл. C. 01 N 21/00, опубл. 1971.

"Квантовая электроника". Мал. энцикл., И., 1969, с. 285-287. педостатком данного решения является его небольшая чувствительность и малая помехозащищенность.

Целью изобретения является повышение чувствительности и помехозаИзобретение относится к области лазерной локации и может быть применено в метеорологии, аэрономии, в области охраны природы при измерении .состава атмосферы, а также для конт-, роля газового загрязнения атмосферы.

Известны устройства, предназначенные для дистанционного измерения .газового состава атмосферы (лидары), основанные на дифференциальном поглощении излучения лазера на линии исследуемого вещества. Так, устройство для измерения газовых характеристик атмосферы оптическим зондированием включает два лазера, излучающие длины волн, одна из которых совпадает со спектральной линией поглощения исследуемого газа, а другая не совпадает, и оптическую приемную систему, Сравнивая интенсивности излучения от обоих лазеров, определяют газовый состав.

Недостатком известных устройств можно назвать малую помехозащищенность из-эа того, что в качестве Фотоприемников служат различные фотоэлектронные приборы с широкой полосой пропускания. Кроме того, недостаточная чувствительность, которая еще ухудшается с сужением спектральной линии поглощения исследуемого вещества, и трудности, связанные с необходимостью высокой стабилизации частоты излучения лазера и настройкой на частоту линии поглощения исследуемого газа, существенно ограничивают применимость названных устройств.

Наиболее близким. является устройство, которое содержит лазерный источник с широким спектром, приемную оптическую систему, на оптической оси которой расположен регистратор.

856279 щищенности лидара рля исследования газового состава атмосферы, 40

Лидар работает следующим образом. ,Рлинный мощный световой импульс с широким, гладким спектром, посылаемый источником лазерного излучения (зеркала 2, 3, активный элемент 1) через атмосферу, рассеивается или отражается от объекта,. Бсли линия

Поставленная цель достигается тем 5 что в лидаре, содержащем лазерный источник с широким спектром излучения, оптическую приемную систему с телескопом Кассегрена и блок регистрации сигналов, в лазерном ис- 10 точнике установлен рополнительный резонатор, оптическая ось которого пересекается с оптической осью резонатора внутри активного тела лазерного источника, На оптической оси 15 дополнительного резонатора со стороны выхорного зеркала установлен телескоп Кассегрена, а блок регистрации установлен на оптической оси дополнительного резонатора со сторо- 20 ны, противоположной телескопу, причем блок регистрации выполнен в вире спектрального Фоторегистратора, перед вхором, которого установлен интерферометр Фабри-Перо. 25

Так как прием отраженного сигнала ведется на дополнительный оптический квантовый генератор, образованный дополнительным резонатором и активным элементом лазерного источника, - 30 устройство имеет большую помехозащищенность. Большая чувствительность лазера на отраженный сигнал и эффект конкуренции мод в резонаторах с общим активным элементом приворит к большой 35 чувствительности дополнительного лазера к отраженному сигналу.

На чертеже приведена блок-схема одной из реализаций нрерлагаемого лидара.

Она состоит из лазерного источника (образованного активным элементом 1, зеркалами 2, 3, дополнительного маломощного лазера (состоящего из зеркал 4, 5 и активного элемен- 45 та 1), приемного телескопа Кассегрена (зеркала 5, 6), интерферометра фабри-Перо 7 .и фоторегистратора

8, расположенных на оптической оси дополнительного лазера со стороны, 50 противоположной телескопу. поглощения исследуемого газа в атмосфере находится в пререлах линии излучения лазерного источника, то в спектре отраженного сигнала появится

"провал"„ Обратно отраженная часть излучения улавливается приемным телескопом Кассегрена (зеркала 5, 6) и направляется в резонатор дополнительного квантового генератора (зеркала 4, 5), Воздействие отраженного сигнала с "провалом" на дополнительный лазер и сильная конкуренция мод резонаторов (зеркала 2, 3 и 4,5) с общим активным элементом 1 приводит к тому, что в спектре излучения дополнительного лазера появится сильно усиленный "провал", который можно зафиксировать на скоростной Фоторегистратор 8„

Так как прием отраженного сигнала производится оптическим квантовым генератором, устройство имеет большую помехозащищенность, что позволяет вести работу при наличии оптических помех и в любое время суток.

Кроме того, чувствительность лазера к селективному возрействию ухудшается из-эа непостоянства коэффициента усиления активного элемента в местах образующихся "провалов" в спектре излучения. В предлагаемом устройстве избыток инверсии в местах "провала" спектра дополнительного лазера будет сниматься морами передающего лазерного источника, обеспечивая постоянство коэффициента усиления активного элемента. Таким образом, в результате конкуренции мор, дополнительного квантового генератора и лазерного источника поробно внутрирезонаторному .явлению достигается большая чувствительность и, следовательно, ральнодействие устройства; применение орной системы накачки, ак-. тивного элемента, отсутствие электрических и оптических блоков, пред-, назначенных для синхронизации лазерного источника и квантового усилителя, приведет к достаточной компактности и решевизне прерлагаемого устройства и может быть установлено на борту летательного аппарата с целью поиска и оперативного обнаружения мест аварий на нефте- и газопроводах, включая подземные, а также для обнаружения мест залеганий полезных ископаемых по скоплению газовых сателлитов.

5 856279 6

Устройство с указанными отличиями компонентов, а также в метеороломожет найти широкое применение при гии и в различных отраслях промышрешении ряда научно-исследователь- ленности, где необходимы дистанционских работ, при зондировании атмо-, 5 ные измерения газовых загрязнений. сФеры с целью определения газовых

Составитель Л.Гойхман

Редактор 0.Филиппова Техред И.Иоргентал Корректор А.Мотыль

Заказ 1093 Тираж Подписное

BHHHflH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно- издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101